張曉飛彭友仙史兆元王 巖

（1.國網河南省電力公司三門峽供電公司，河南 三門峽 210098；2.三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002；3.鄭州大學，鄭州 450000）

基于Visual Basic的輸電線路雷擊風險評估系統(tǒng)開發(fā)

張曉飛1彭友仙2史兆元3王 巖1

（1.國網河南省電力公司三門峽供電公司，河南 三門峽 210098；2.三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443002；3.鄭州大學，鄭州 450000）

目前雷擊仍然是危及電網安全可靠運行的主要因素。本文基于差異化防雷思想，以Visual Basic 6.0程序設計語言為開發(fā)平臺，結合MS Excel 12.0組件和ACCESS 2003數(shù)據(jù)庫平臺，設計可視化界面，開發(fā)出一套程序化、智能化的輸電線路雷擊風險評估系統(tǒng)，實現(xiàn)了輸電線路從沿線桿塔雷擊跳閘率批量計算到全線雷擊閃絡風險批量評估，乃至查找沿線雷擊薄弱點的全過程，具有數(shù)據(jù)輸入、增加、刪除、修改、輸出、保存等功能，能夠快速獲取輸電線路沿線雷擊薄弱點，預估輸電線路的防雷設計效果，為防雷工作的開展提供指導。

輸電線路；差異化防雷；雷擊跳閘率；雷擊薄弱點；雷擊風險評估

長期以來，電網公司十分重視輸電線路的安全運行，但因雷擊發(fā)生跳閘的情況仍然頻繁發(fā)生。2011年，國家電網公司印發(fā)了《架空輸電線路差異化防雷工作指導意見》以及《110（66）kV及以上輸電線路差異化防雷改造指導原則》，期望加強對電網差異化的雷電防護，而對線路進行全線雷擊風險評估并確定其薄弱點桿塔是保證差異化防雷改造工作實施有效的重要前提。

針對雷擊風險評估及薄弱點查找問題，國內研究學者已經進行了一些研究，例如實現(xiàn)了耐雷水平計算及其影響因素分析的軟件系統(tǒng)[1]、能夠對雷電災害進行評估和預測的風險評估管理系統(tǒng)[2]、能夠對建筑物及其服務設施的風險參數(shù)進行估計的雷電風險評估系統(tǒng)[3-5]、雷擊風險層進式評估體系[6]等，但上述系統(tǒng)或體系中，均未直接反映工程中某條線路的雷擊薄弱桿塔，還需工程人員進行人工評估和篩選，工作量仍然較大。因此，開發(fā)一套能夠實現(xiàn)從耐雷水平批量計算到雷擊風險批量評估，乃至全線薄弱點查找的程序化、智能化軟件系統(tǒng)是非常必要的。

本系統(tǒng)采用傳統(tǒng)電氣幾何模型計算線路繞擊跳閘率，采用規(guī)程法計算線路反擊跳閘率，根據(jù)國網公司發(fā)布的《110（66）kV～500kV架空輸電線路管理規(guī)范》劃分雷擊閃絡風險評估標準，通過程序語言編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的批量調用、調用、計算以及保存，實現(xiàn)了輸電線路從參數(shù)統(tǒng)計到雷擊薄弱點輸出的全過程，對輸變電工程防雷檢修工作具有重要的指導意義和應用價值。

1 差異化防雷思想

長期以來，由于雷電、線路等參數(shù)提取技術的限制，同一條輸電線路在研究中的各類參數(shù)往往相對固定，而超高壓輸電線路由于長度較長，同一線路不同線路段所經地區(qū)的雷電情況、地形地貌特征、桿塔結構等均存在顯著差異，而這些差異化參數(shù)是線路雷擊跳閘率的重要影響因素，如果在防雷工作中考慮這些因素，將能有效地反映差異化參數(shù)下的線路耐雷水平，從而減少線路雷擊跳閘事故的發(fā)生。這種防雷策略便稱為“差異化防雷”[7-8]。

差異化防雷的一個重要思想是將傳統(tǒng)以較長線路為檢修改造單位的防雷策略進一步精細化，以較短距離的線路、甚至單一桿塔作為防雷改造實施的基本單位，體現(xiàn)同一線路中各個線路段耐雷性能評估和防雷改造措施的差異化。此類防雷方法能較為準確地反映線路防雷的薄弱環(huán)節(jié)，進而針對性地對該薄弱環(huán)節(jié)采取相應的防雷改造措施，保障電網的安全、穩(wěn)定、可靠運行。

2 系統(tǒng)開發(fā)方案

2.1 系統(tǒng)設計思路

本系統(tǒng)主要針對輸電線路中的雷電災害引起的跳閘率進行單基、批量計算，實現(xiàn)輸電線路全線繞擊、反擊、總雷擊跳閘率的計算，實現(xiàn)沿線雷擊薄弱點的查找，旨在快速獲取輸電線路沿線雷擊薄弱點，為運檢單位實施差異化防雷改造提供指導。

系統(tǒng)的基本結構如圖1所示，包括參數(shù)統(tǒng)計、雷擊跳閘率計算、雷擊風險評估三大模塊。

圖1 系統(tǒng)結構示意圖

對于參數(shù)統(tǒng)計，由于本系統(tǒng)為工程計算使用，數(shù)據(jù)量龐大，故數(shù)據(jù)統(tǒng)計和保存均以MS Excel 2003格式進行參數(shù)的輸入、調用以及保存；對于雷擊跳閘率計算，繞擊計算采用電氣幾何模型法（EGM），反擊計算采用規(guī)程法；對于雷擊風險評估，由于輸電線路架設的地形和塔形不同，其發(fā)生繞擊或反擊的可能性不同，故分別設計繞擊、反擊、總雷擊的單基、批量風險評估模塊；最后將線路沿線雷擊薄弱點以 EXCEL文件格式保存，并以可編輯表格形式調用于可視化界面中。

2.2 開發(fā)環(huán)境選型

面向對象的程序設計是目前最成功的高級語言程序設計方法，面向對象程序設計是通過把屬性和方法封裝進“對象”中。本系統(tǒng)基于Visual Basic 6.0開發(fā)環(huán)境設計開發(fā)。

VB 6.0的工作環(huán)境是集成開發(fā)環(huán)境，它集程序的編寫、修改、調試和生成于一體，設計開發(fā)可視化的界面，用戶使用非常方便。VB 6.0可實現(xiàn)對EXCEL表格文件的調用、輸出、保存等功能，也可結合ACCESS數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增、刪、改、等功能，適合于本軟件系統(tǒng)的設計開發(fā)和應用。采用Visual Basic 6.0開發(fā)環(huán)境設計開發(fā)的程序可在Win XP、Win7等環(huán)境下使用[9]。

3 系統(tǒng)的開發(fā)

3.1 參數(shù)統(tǒng)計模塊

用于讀取統(tǒng)計的參數(shù)，主要包括單基或多基桿塔參數(shù)統(tǒng)計、地形參數(shù)統(tǒng)計、雷電流參數(shù)模型、地閃數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。參數(shù)均以 Excel文件格式保存，以便于調用。

該模塊涉及數(shù)據(jù)處理的計算主要通過后臺編碼實現(xiàn)，在可視化界面中以計算結果顯示與 Textbox控件或Label控件中。應用于不同計算模塊的參數(shù)，均采用XPFrame30控件歸類分隔，以便于用戶直觀地查閱。

3.2 雷擊跳閘率計算模塊

用于計算線路雷擊跳閘率，該模塊設計有繞擊參數(shù)模型選擇、桿塔沖擊阻抗模型選擇、單基塔跳閘率計算、計算并準備下一基、單基計算結果保存、多基導入及計算、多基計算結果保存等子功能項。

采用XPButton30控件制作各子功能項，通過編程實現(xiàn) EXCEL表格數(shù)據(jù)的調用，計算結果顯示于Textbox控件或Label控件中。

用戶根據(jù)需要，可單次逐基進行計算并保存計算結果于 TXT文件中，也可一次性導入多基桿塔（最多不超過1000基）并計算跳閘率，將結果保存于Excel文件中。

需要注意的是，保存的文件均需重命名，用戶自主輸入容易辨別的文件名，以便在下一模塊的風險評估計算中進行調用。

3.3 雷擊風險評估模塊

該模塊用于對線路進行雷擊閃絡風險評估，可以調用上一模塊的全線跳閘率計算結果，也可直接導入某條線路的已有跳閘率數(shù)據(jù)進行評估。

該模塊主要包括計算風險控制指標、跳閘率數(shù)據(jù)導入、單擊風險評估、評估并準備下一基、單基評估結果保存、多基風險評估、多基結果輸出并保存等子功能項。

采用 XPButton30控件制作各子功能項，結合ACCESS 2003和EXCEL 2003，采用ADODC控件連接，通過編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和數(shù)據(jù)調用，實現(xiàn)計算結果數(shù)據(jù)的保存、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)集錄入、結果展示、增刪改等功能。

本模塊風險等級評估計算的算法，其風險等級依據(jù)國網公司發(fā)布的《110（66）kV～500kV架空輸電線路管理規(guī)范》劃分，以其計算跳閘率為衡量標準，分為A、B、C、D共4級，工程上通常認為C、D級為雷擊薄弱桿塔。

薄弱點的結果展示于可視化界面，通過MSHFlexGrid控件以可編輯表格形式展示于可視化界面，并通過XPButton30控件設計實現(xiàn)添加、修改、刪除、刷新等子功能項。

4 系統(tǒng)運行示例

雙擊“輸電線路雷擊風險評估系統(tǒng).exe”圖標，進入系統(tǒng)初始界面，單擊“進入系統(tǒng)”命令按鈕，“輸電線路雷擊風險評估系統(tǒng)”界面消失，出現(xiàn)“雷擊跳閘率計算”主程序界面。

以批量計算為例，在“請選擇計算用模型”欄目框中選擇“雷電參數(shù)模型”、“繞擊參數(shù)模型”、“桿塔沖擊阻抗模型”，出現(xiàn)相應選擇界面，選擇完成后，單擊“確定”，回到“雷擊跳閘率計算”界面。

單擊“多基導入及計算”按鈕，彈出“打開文件”窗口，選擇“多基跳閘率計算.xls”，程序即運行并完成批量計算，如圖2所示。

圖2 跳閘率批量計算示意圖

單擊“多基計算結果保存”按鈕，結果及計算參數(shù)以Excel文件格式保存并輸出。

單擊右下角“生成跳閘率統(tǒng)計表”按鈕，將計算結果生成只含有線路名稱、桿塔號、繞擊、反擊、總雷擊跳閘率數(shù)據(jù)的統(tǒng)計表，便于下一步風險評估使用。

單擊“下一步”按鈕，進入“雷擊風險評估”主界面，在左側“地閃密度”和“其他參數(shù)”欄輸入或導入計算參數(shù)，單擊“計算風險控制指標”按鈕，計算風險指標。

以批量評估線路雷擊風險等級為例，單擊“多基風險評估”按鈕，調用前文生成的跳閘率統(tǒng)計表，程序即運行并完成批量評估，如圖3所示。

單擊“輸出并保存評估結果”按鈕將結果保存并錄入數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表中，單擊“顯示沿線薄弱點”按鈕，則彈出繞擊、反擊、總雷擊薄弱點結果界面，如圖4所示。

圖3 雷擊風險評估運行示意圖

圖4 沿線薄弱點輸出界面

由輸出結果可看出，該線路這7基桿塔中，3#、7#桿塔為反擊薄弱桿塔，需要采取防反擊措施。

5 結論

本文基于Visual Basic 6.0開發(fā)環(huán)境，設計可視化界面，開發(fā)了一套適合于輸變電工程用的輸電線路雷擊風險評估系統(tǒng)。系統(tǒng)包括參數(shù)統(tǒng)計、雷擊跳閘率計算、雷擊風險評估三大模塊，響應國網提出的差異化防雷思想，實現(xiàn)了輸電線路全線從批量跳閘率計算到雷擊風險評估，再到沿線薄弱點的查找與輸出的全過程。該系統(tǒng)適用于 Windows XP/7系統(tǒng)，單機運行，穩(wěn)定性強。

該系統(tǒng)于河南省三門峽市供電公司試運行，以朱明線為例，其雷擊風險評估結果與實際運行經驗基本相符，表明該系統(tǒng)具有良好的工程應用推廣價值。

[1]韓芳, 曾曉毅, 魯鐵成.輸電線路綜合防雷及雷擊跳閘風險評估系統(tǒng)研究[J].電瓷避雷器, 2012, 3(3): 96-100.

[2]樊榮, 肖穩(wěn)安, 李霞, 等.基于GB/T 21714.2的雷擊風險評估軟件設計及參數(shù)探討[J].南京信息工程大學學報, 2009, 1(4): 343-349.

[3]蘇偉, 羅佳俊.雷擊風險評估程序的開發(fā)與應用[J].電氣技術, 2010, 4(4): 32-36.

[4]盧輝麟, 林溪猛.雷電風險評估軟件的設計與實現(xiàn)[J].中國科技信息, 2009, 1(1): 72-73.

[5]鄧寧文, 盧崴, 吳浙.雷擊風險評估管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].科技傳播, 2011(8): 53, 40.

[6]麥嘉裕.如何構建輸電線路雷擊災害風險層進式評估體系[J].科技風, 2014(21): 122-122.

[7]國家電網公司.關于印發(fā)《架空輸電線路差異化防雷工作指導意見》的通知[R].國家電網生[2011]500號, 2011.

[8]陳家宏，呂軍，錢之銀，等.輸電線路差異化防雷技術與策略［J］.高電壓技術，2009，35（12）：2891-2902.

[9]新智工作室.VB6.0中文版教程[M].北京: 電子工業(yè)出版社, 2000.

[10]Whitehead J T, Chisholm W A.IEEE working group report.estimating lightning performance of transmission linesⅡ-Updates to analytical models[J].IEEE Trans.on Power Delivery, 1993, 8(3): 1254-1267.

[11]丁旻, 吳安坤, 張淑霞, 等.雷電災害風險評估軟件技術設計[J].現(xiàn)代建筑電氣, 2014, 06(6): 35-37.

[12]朱傳林, 張謙, 楊仲江, 等.基于 Eclipse RCP的雷電災害評估系統(tǒng)設計及實現(xiàn)[J].計算機與現(xiàn)代化, 2012, 9(9): 16-19, 26.

張曉飛（19-），男，高級工程師，主要從事電力生產方面的工作。

Development of Lightning Strike Risk Assessment System for Power Lines based on Visual Basic

Zhang Xiaofei1Peng Youxian2Shi Zhaoyuan3Wang Yan1
(1.Sanmenxia Power Supply Company of Henan Electric Power, Sanmenxia, He’nan 210098; 2.College of Electronic Engineering & New Energy, China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002; 3.Zhengzhou University, Zhengzhou 450000)

Lightning is still a major factor jeopardizing the security and reliability of power grid operation.Based on the thought of differentiated lightning protection, designed visual interfaces in Visual Basic 6.0 programming language and combined with MS Excel 12.0 components and Access 2003 database platform, a set of procedural and intelligent lightning strike risk assessment system for power lines is designed and implemented.It realizes the full procedure from computing the lightning trip-out rate to assessing the levels of lightning flashover risk of batch towers along a power line, as well as finding out the weak spots.It has functions of inputting, adding, deleting, revising, outputting and saving data.It is convenient for users to access the lightning weak spots quickly.Thus, the system can forecast the effect of lightning protection design for power lines and be guidance for lightning protection work.

power lines; differentiated lightning protection; lightning trip-out rate; lightning weak point; lightning strike risk assessment

國網河南省電力公司科技項目（SGTYHT/13-JS-175）